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TU Berlin

Der Kosmische Materiekreislauf

Schema des kosmischen Materiekreislaufs

  1. Sternentstehung:
    Sterne entstehen in dichten Gas- und Staubwolken des Interstellaren Mediums. Durch gravitativen Kollaps von Fragmentwolken bilden sich Protosterne (früheste Phase der Sternentwicklung). Der Kollaps wird durch Zünden thermonuklearer Reaktionen des Wasserstoffs gestoppt. Es stellt sich ein stabiles Gleichgewicht zwischen Gravitation und thermischem Druck ein. Die Kernfusion im Sterninneren gleicht dabei den Energieverlust durch das Leuchten des Sterns aus.
  2. Planetensystem, Entstehung von Leben:
    Sterne entstehen als Einzel- und Mehrfachsysteme. Die Ausbildung eines stabilen Planetensystems -- damit auch die Entstehung von Leben -- ist bei Einzelsternen wie unserer Sonne wahrscheinlicher als bei Doppelstern- und Mehrfachsystemen.
    Voraussetzung für die Entstehung von Leben ist die Bildung von Planeten. Noch ungeklärt ist, ob Vorläufer von Eiweißmolekülen zur Entstehung von Leben direkt auf der Erde gebildet oder erst über Meteoriteneinschläge aus dem interstellaren Raum auf unseren Planeten übertragen wurden.
  3. Planetensystem, Entstehung von Leben:
    Sterne entstehen als Einzel- und Mehrfachsysteme. Die Ausbildung eines stabilen Planetensystems -- damit auch die Entstehung von Leben -- ist bei Einzelsternen wie unserer Sonne wahrscheinlicher als bei Doppelstern- und Mehrfachsystemen.
    Voraussetzung für die Entstehung von Leben ist die Bildung von Planeten. Noch ungeklärt ist, ob Vorläufer von Eiweißmolekülen zur Entstehung von Leben direkt auf der Erde gebildet oder erst über Meteoriteneinschläge aus dem interstellaren Raum auf unseren Planeten übertragen wurden.
  4. Rote Riesensterne:
    Sterne wie die Sonne durchlaufen eine lange, ruhige Entwicklungsphase von mehreren Millionen Jahren, in denen sie Wasserstoff zu Helium fusionieren. Ist der Wasserstoffvorrat im Kern des Sterns verbraucht, expandieren die äußeren Bereiche und der Stern verwandelt sich in einen Roten Riesenstern, einem sehr ausgedehnten, leuchtkräftigen Objekt. Die Ausdehnung der Sonne wird in diesem Entwicklungsstadium dann weit über die Erdbahn hinaus reichen.
  5. Roter Riese -- Gas und Staub:
    Durch die Ausdehnung der Hülle des Sterns kühlt diese stark aus und es bilden sich erste Moleküle und Festkörper. Als Sternwind werden Staub und Gas wieder an das interstellare Medium abgegeben.
  6. Planetarische Nebel:
    Aufgrund der Bildung großer Mengen an Staub und eines hohen Strahlungsdruckes wird die äußere Hülle der Roten Riesen abgestoßen und umgibt den Stern als Planetarischer Nebel. Das abgestoßene Gas wird durch die UV-Strahlung des Zentralgestirns ionisiert und zum Leuchten angeregt.
  7. Planetarischer Nebel -- Gas und Staub:
    Der Planetarische Nebel löst sich langsam auf und liefert dadurch einen großen Massenanteil des Sterns an die ISM zurück. Diese Materie nimmt wieder an den Prozessen des Materiezyklus teil.
  8. Planetarische Nebel -- Weißer Zwerg:
    Massearme Objekte, wie etwa unsere Sonne, erreichen das Endstadium ihrer Entwicklung durch Abstoßen ihrer Hülle (siehe Pfeil 6). Zurück bleibt ein Weißer Zwerg mit etwa der Hälfte einer Sonnenmasse und der ungefähren Größe der Erde. Diese lichtschwachen, nach und nach auskühlenden Objekte bestehen aus entarteter Materie mit einer Dichte von etwa einer Tonne pro cm3. Sie sind für den Materiekreislauf verloren.
  9. Supernovae:
    In Sternen großer Masse (über acht Sonnenmassen) können durch Kernfusionsprozesse Elemente bis zum Eisen gebildet werden. Da Fusionsprozesse zu noch schweren Elementen keine Energie zur Stabilisierung des Sterns mehr liefern, implodiert der Stern, was zu einer gewaltigen, explosionsartigen Abstoßung der äußere Hülle führt.
  10. Supernovae -- Neutronensterne, Schwarze Löcher:
    Nach Ausbruch einer Supernova bleibt als Zentralobjekt in Abhängigkeit von der Ausgangsmasse ein Neutronenstern bzw. ein Schwarzes Loch zurück. Neutronensterne bestehen aus dichtgepackten Neutronen mit einer Dichte, die 1010 mal der Dichte von Wasser entspricht. Objekte schwerer als Neutronensterne kollabieren zu Schwarzen Löchern, da es nach heutigen Erkenntnissen keine Kraft gibt, die der Eigengravitation dieser Objekte das Gleichgewicht halten kann. Auch diese Objekte scheiden aus dem Materiekreislauf aus.

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